Karotenoidy

Karotenoidy patria do skupiny tzv sekundárne rastlinné zlúčeniny, ktoré sa nepovažujú za nevyhnutné pre ľudí, ale považujú sa za prospešné pre zdravie. Karotenoidy sú lipofilné (v tukoch rozpustné) farebné pigmenty. Vyskytujú sa v chromoplastoch rastlinných organizmov a mnohým rastlinám a plodom dávajú žlté až červenkasté sfarbenie. Karotenoidy možno zistiť aj v chloroplastoch zelených rastlín, ktorých farba je maskovaná zelenou farbou chlorofylu. Karotenoidy môžu byť syntetizované výlučne rastlinnými organizmami. Tam sa počas fotosyntézy podieľajú na vstrebávanie svetla a prenos jeho energie na chlorofyl. Tiež rozširujú vstrebávanie spektrum v modrozelenom spektrálnom rozsahu u fotosyntetických organizmov a slúžia ako svetelné ochranné faktory. Ďalej ako antioxidanty chránia karotenoidy chlorofyl molekuly rastlín pred fotooxidačným poškodením a chrániť zvieratá konzumujúce rastlinné potraviny bohaté na karotenoidy pred účinkami agresívnych látok kyslík druh - „oxidačný stres„. Dnes je známych 500 - 600 rôznych karotenoidov, z ktorých sa dá asi 10% premeniť na vitamín (retinol) ľudským metabolizmom a majú tak vlastnosti provitamínu A. Najznámejším zástupcom s touto vlastnosťou je beta-karotén. Tento karotenoid má najvyššiu hodnotu vitamín aktivitu. Vitamín sa nachádza výlučne v živočíšnom organizme a navyše k beta-karotén, môžu byť tiež tvorené z iných karotenoidov, ako je alfa-karotén a beta-kryptoxantín. Za obvyklých výživových podmienok možno v ľudskom sére zistiť asi 40 rôznych karotenoidov, z ktorých nasledujúce sú hlavné karotenoidy v tele.

  • Alpha-karotén
  • Beta karotén
  • Lykopén
  • Luteín
  • Zeaxantín
  • Alfa-kryptoxantín
  • Beta-kryptoxantín

Beta karotén predstavuje 15 - 30% celkových karotenoidov v plazme.

Biochémie

Chemicky sú karotenoidy zložené z ôsmich izoprenoidových jednotiek a pozostávajú z uhľovodíkového reťazca s konjugovanými dvojitými väzbami, ktoré môžu niesť rôzne substituenty na oboch koncoch. Možno ich rozdeliť na karotény, ktoré pozostávajú z vodík a uhlíka xantofyly, ktoré tiež obsahujú kyslík. Najdôležitejšími zástupcami karoténov sú alfa- a beta-karotény a tiež lykopén a xantofylov luteín, zeaxantín, ako aj beta-kryptoxantín. Zatiaľ čo žlté, červené a oranžové ovocie a zelenina obsahujú hlavne karotény, 60 - 80% xantofylov sa nachádza v zelenej zelenine. Beta-karotén predstavuje najrozšírenejší karotenoid, aj keď obsah napríklad luteínu v špenáte a rôznych kapusta odrody alebo lykopén v paradajkách je oveľa vyššia.

Vstrebávanie

Celkovo vstrebávanie miera karotenoidov je veľmi nízka a pohybuje sa od 1 do 50%. So zvyšovaním príjmu karotenoidov v potrave klesá rýchlosť absorpcie. Okrem toho absorpcia závisí od nasledujúcich faktorov.

  • Druh jedla - vláknina, napríklad pektíny, znižuje absorpciu.
  • Forma, v ktorej sú karotenoidy prítomné v potravinách - s rastúcou veľkosťou kryštálov klesá rýchlosť absorpcie
  • Kombinácia s inými zložkami potravy, najmä s tukom - na zabezpečenie optimálneho vstrebávania je nevyhnutná prítomnosť lipidov v strave
  • Typ spracovania - tepelné spracovanie, mechanické rozdrobenie podporuje absorpciu.

Napríklad betakarotén zo surovej mrkvy sa vstrebáva iba asi 1%, pretože je uzavretý v zložitej nestráviteľnej matrici proteíny, lipidy a sacharidy v rastlinnej bunke. Ako sa zvyšuje stupeň spracovania - pod vplyvom tepla a mechanického rozdrobenia, napríklad počas varenie alebo pri výrobe kečupu - zvyšuje sa miera absorpcie. Absorpcia karotenoidov sa riadi cestou lipidovej resorpcie, ktorá si vyžaduje prítomnosť tukov a žlčové kyseliny. Karotenoidy sa spolu s ďalšími výživnými látkami rozpustnými v tukoch balia do micel po uvoľnení z potravy pod vplyvom žlčové kyseliny a transportované do epiteliálnych buniek tenkého čreva slizniceAldehydový retinál sa tu vytvára z vitamínov A-aktívnych karotenoidov - beta- a alfa-karoténov, ako aj beta-kryptoxantínov - v dôsledku oxidačného štiepenia enzýmom dioxygenáza - jeden až dva molekuly sietnice sa môže pripraviť z beta-karoténu. Retinal sa premieňa na skutočný vitamín A (retinol) pomocou alkohol dehydrogenáza. Následne esterifikácia retinolu molekuly s palmitovou, stearovou, olejovou a linolénovou kyseliny, čo vedie k syntéze retinylesterov. Oxidačné štiepenie karotenoidov dioxygenázou a tvorba vitamínu A prebiehajú hlavne v bunkách tenkého čreva sliznice. Vitamín A aktívne karotenoidy sa však dajú premeniť na vitamín A aj v iných tkanivových bunkách, ako sú napr pečeň, oblička a pľúca. Kyslík a pravdepodobne kovový ión železo, sú potrebné na udržanie aktivity dioxygenázy. Napokon rozsah enzymatického štiepenia, a tým aj množstvo syntetizovaného vitamínu A, závisí od úrovne príjmu karotenoidov alebo bielkovín, železo stav a súčasný príjem tuku a rozpustného v tukoch vitamíny - vitamíny A, D, E, K. Štúdie ukázali, že nasýtené mastné kyseliny majú oveľa pozitívnejší účinok na absorpciu karotenoidov ako nenasýtené mastné kyseliny. Diskutuje sa o nasledujúcich príčinách.

  • Polyénové mastné kyseliny - PFS - ako sú omega-3 a -6 mastné kyseliny, zvyšujú veľkosť micely, čo znižuje rýchlosť difúzie
  • PFS menia náboj povrchu micely, čo negatívne ovplyvňuje afinitu k epitelovej bunke
  • PFS zaberajú viac miesta v lipoproteínoch VLDL ako nasýtené tuky, čo obmedzuje priestor pre ďalšie lipoidy, ako sú karotenoidy, retinol a vitamín E -tokoferol.
  • Omega-3 mastné kyseliny inhibujú syntézu VLDL. VLDL je dôležitý pre transport karotenoidov v sére.
  • PFS zvyšujú potrebu vitamínu E, ktorý je antioxidantom chrániacim karotenoidy a vitamín A pred oxidáciou

Doprava a skladovanie

Výsledné retinylestery, neesterifikovaný retinol, karotény ako aj xantofyly sa ukladajú v chylomikrónoch v tenkom čreve sliznice. Chylomikróny patria do skupiny lipoproteínov a majú za úlohu uvoľňovať látky rozpustné v tukoch z epiteliálnych buniek tenké črevo do lymfa a ich transport v sére do pečeň alebo periférne tkanivá. Iba malá časť retinylesterov a karotenoidov sa absorbuje do extrahepatálnych tkanív a premení sa na vitamín A. Väčší podiel sa dostane do pečeň. Väčšia časť sa dostane do pečene. Na ceste sú nabité chylomikróny enzymaticky degradované na „zvyšky chylomikrónu“, ktoré sú absorbované parenchymálnymi bunkami pečene. V pečeni dochádza k ďalšej premene karotenoidov a retinylesterov na vitamín A. Syntetizovaný retinol sa potom transportuje do hviezdnych buniek pečene, kde sa opätovne esterifikuje. Viac ako 80% vytvoreného retinolu je uložených v pečeňových hviezdicových bunkách. Naproti tomu parenchymálne bunky pečene majú iba nízky obsah vitamínu A. Ak je to potrebné, vitamín A sa uvoľňuje z pečene a viaže sa na proteín viažuci retinol (RBP) a transtyretín - tyroxínviažuci prealbumín - a transportovaný v sére do cieľových buniek. Karotenoidy uvoľňované z pečene sú distribuované do všetkých frakcií lipoproteínov, najmä VLDL, LDL a HDLa prepravované v krv plazma. The LDL frakcia obsahuje viac ako polovicu celkového karotenoidu koncentrácie. Karotenoidy sa nachádzajú vo všetkých orgánoch človeka, aj keď hladiny v jednotlivých tkanivách sa líšia. Najvyššie koncentrácie sa nachádzajú v pečeni - hlavnom zásobnom orgáne - nadobličky, semenníky (semenníky) a žlté teliesko (žlté teliesko vaječníkov). Naproti tomu oblička, pľúca, svaly, srdce, mozog or koža vykazujú nižšie hladiny karotenoidov. Ak vezmeme do úvahy absolútno koncentrácie a podielu tkanív na celkovej hmotnosti organizmu je asi 65% karotenoidov lokalizovaných v tukovom tkanive.

Fyziologicky významné funkcie

antioxidačné aktivita Ako základné zložky antioxidačnej siete ľudského tela sú karotenoidy schopné deaktivovať reaktívne kyslíkové zlúčeniny - kalením. Patria sem napríklad peroxylové radikály, superoxidové radikálne ióny, singletový kyslík, vodík peroxid a hydroxylové a nitrozylové radikály. Tieto zlúčeniny môžu pôsobiť na organizmus buď ako exogénne noxy, v reakciách závislých od svetla alebo endogénne prostredníctvom aeróbnych metabolických procesov. Takéto reaktívne látky sa tiež nazývajú voľné radikály a môžu s nimi reagovať lipidy, najmä polynenasýtené mastné kyseliny a cholesterolu, proteíny, nukleové kyseliny, sacharidy ako aj DNA a upraviť ich alebo zničiť. Karotenoidy, najmä betakarotén, lykopén, luteín a kantaxantín sú obzvlášť zapojené do detoxikácia singletového kyslíka a peroxylových radikálov. Proces „kalenia“ je fyzikálny jav. Karotenoidy pôsobia ako medziľahlé nosiče energie - pri reakcii s singletovým kyslíkom uvoľňujú energiu v interakcii s okolitým prostredím vo forme tepla. Týmto spôsobom je reaktívny singletový kyslík zneškodnený. Karotenoidy predstavujú najefektívnejšie prírodné „singletové kyslíkové zhášače“. Deaktivácia peroxylových radikálov závisí od parciálneho tlaku kyslíka. Karotenoidy pôsobia ako účinné antioxidanty iba pri nízkych koncentráciách kyslíka. Na druhej strane pri vysokom parciálnom tlaku kyslíka môžu karotenoidy pôsobiť prooxidačne. V dôsledku detoxikácia singletového kyslíka a peroxylových radikálov je zabránené tvorbe voľných radikálov a je prerušená reťazová reakcia peroxidácie lipidov. Týmto spôsobom chránia karotenoidy pred oxidáciou LDL cholesterolu, ktorý je rizikovým faktorom pri rozvoji aterosklerózy (ateroskleróza, kôrnatenie tepien). Pretože karotenoidy sa konzumujú počas procesu deaktivácie prooxidantov, je potrebné dbať na zabezpečenie dostatočného príjmu karotenoidov v potrave. The antioxidant ochrana karotenoidov je tým intenzívnejšia, čím sú vyššie koncentrácie v sére. Ak sa karotenoidy užívajú spolu s vitamín E (tokoferol) a glutatión - tripeptid z aminokyseliny kyselina glutámová, glycín a cysteín - antioxidant účinok sa tiež môže zvýšiť. Ak je systém antioxidačnej ochrany oslabený z dôvodu nedostatku antioxidantov, prevládajú oxidačné antioxidanty stres može sa stať. Pôsobením proti oxidačným zmenám v biologicky dôležitých molekulách znižuje zvýšený príjem karotenoidov riziko určitých chorôb. Tie obsahujú

Antikarcinogénne účinky Podľa mnohých epidemiologických štúdií je zvýšená konzumácia ovocia a zeleniny bohatej na karotenoidy spojená so zníženým rizikom vzniku nádorov. To platí najmä pre pľúca, pažerák, žalúdok, kolorektálny karcinóm (dvojbodka a rektálne), prostaty, krčka maternice / collum (krčka maternice), prsníka (prsia) a koža rakoviny. Karotenoidy uplatňujú svoje ochranné účinky v 3-stupňovom modeli karcinogenézy, najmä vo fáze propagácie a progresie.

  • Inhibícia proliferácie a diferenciácie nádorových buniek.
  • Prevencia oxidačnej DNA a poškodenia buniek detoxikáciou voľných radikálov a zabránením ich vývoju.
  • Posilnenie imunitnej odpovede podporou prirodzených obranných systémov tela - týka sa to najmä množenia B a T buniek, počtu T pomocných buniek a aktivity prirodzených zabíjačských buniek.
  • Stimulácia bunkovej komunikácie cez medzery.

Medzerové križovatky sú kanály bunka-bunka alebo priame spojenie medzi dvoma susednými bunkami. Prostredníctvom týchto proteínových komplexov tvoriacich póry - Connexone - dochádza k výmene nízkomolekulárnej signalizácie a životne dôležitých látok, ktoré okrem iného regulujú procesy rastu a vývoja. Takéto procesy tiež zohrávajú úlohu pri karcinogenéze. Spoje medzier udržiavajú kontakt medzi bunkami a umožňujú riadený rast buniek prostredníctvom výmeny signálu. Promótory nádoru inhibujú medzibunkovú komunikáciu cez medzery. Napokon, na rozdiel od normálnych buniek, nádorové bunky vykazujú malú medzibunkovú signalizáciu, čo vedie k nekontrolovanému bunkovému rastu. Zlepšením bunkovej komunikácie prostredníctvom medzičasových priechodov inhibujú nádor karotenoidy aktívne aj vitamín A aj karotenoidy bez vlastností provitamínu A, ako je kantaxantín alebo lykopén. bunkový rast a množenie. Okrem toho karotenoidy aSTAXANTÍN a kantaxantín môžu interferovať s iniciačnou fázou. Inhibujú špecifickú fázu 1 enzýmy, najmä monooxygenázy závislé od cytochrómu P450, ako sú CYP1 A1 alebo CYPA2, o ktorých sa predpokladá, že sú zodpovedné za vývoj karcinogénov. Podobné účinky aSTAXANTÍN a kantaxantín boli tiež pozorované pre určitú fázu 2 enzýmy. Veková degenerácia makuly lutea Makula lutea (žltá škvrna) je súčasťou sietnice a oblasťou najostrejšieho videnia. Tam, na rozdiel od iných tkanív, karotenoidy luteín a zeaxantín konkrétne sa hromadia. Podľa epidemiologických štúdií je dostatočný príjem potravín bohatých na luteín a zeaxantín môže znížiť riziko vekom podmienenej makulárnej degenerácie (AMD). Tento účinok je spôsobený fyzikálno-chemickými vlastnosťami karotenoidov - pôsobia ako špecifické svetelné filtre a antioxidanty. AMD je častou príčinou vážnych stavov zrakové postihnutie u starších ľudí a môžu byť spojené s slepota v starobe. Účinok ochrany pred slnkom - ochrana pokožky Účinok ochrany karotenoidov na pokožku možno pripísať ich antioxidačným vlastnostiam. Zvýšený príjem ovocia a zeleniny, najmä tých, ktoré obsahujú betakarotén, súvisí so zvýšením hladín karotenoidov v koži. Štúdie, v ktorých sa betakarotén používal ako orálny liek krém vykazovala zreteľné zníženie erytému vyvolaného UV svetlom (rozsiahle sčervenanie kože), keď sa podávalo> 20 mg beta-karoténu / deň po dobu 12 týždňov v porovnaní s kontrolnou skupinou. Betakarotén možno celkovo použiť na zvýšenie základnej ochrany pokožky.

biologická

Karotény a xantofyly sa líšia svojou tepelnou stabilitou. Karotény bez obsahu kyslíka sú relatívne tepelne stabilné. Naproti tomu sa väčšina okysličených xantofylov zahrieva. To napríklad vysvetľuje, prečo má ohrievaná zelenina menej zdravie-propagačné účinky ako tepelne neupravená zelenina. Okrem toho hrá dôležitú úlohu stupeň spracovania potraviny. Lykopén zo spracovaných paradajkových výrobkov, ako je napríklad paradajková šťava, je podstatne dostupnejší ako zo surových paradajok a absorpcia beta-karoténu sa zvyšuje so stupňom rozdrobenia pridanej potraviny obsahujúcej karotenoidy. Obsah karotenoidov závisí okrem iného od ročného obdobia, zrelosti, podmienok pestovania, zberu a skladovania a môže sa značne líšiť v rôznych častiach rastliny. Napríklad vonkajšie listy kapusta majú podstatne vyššie množstvo luteínu a betakaroténu ako vnútorné listy. Pozor. Podľa údajov o situácii v zásobovaní karotenoidmi pre mužov a ženy pre Spolkovú republiku Nemecko nie je prísun betakaroténu optimálny.